具有熱管理的機(jī)車控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于機(jī)器的控制系統(tǒng)，該機(jī)器具有發(fā)動機(jī)、第一交流發(fā)電機(jī)、第二交流發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可包括傳感器和控制器，傳感器與后處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)并且配置成確定從后處理系統(tǒng)通過的排氣的溫度，控制器與傳感器通信并且能與第一和第二交流發(fā)電機(jī)連接。控制器可配置成確定第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出，確定使排氣的溫度上升至后處理系統(tǒng)的操作溫度所需的發(fā)動機(jī)的負(fù)荷增量，并且在第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于負(fù)荷增量時將第一交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到動力消耗裝置以實現(xiàn)負(fù)荷增量?？刂破鬟€可配置成在第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出小于負(fù)荷增量時將第二交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到動力消耗裝置。
【專利說明】
具有熱管理的機(jī)車控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及控制系統(tǒng)，更具體地涉及具有熱管理的機(jī)車控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多機(jī)車采用燃燒燃料以產(chǎn)生用于推進(jìn)機(jī)車并為其各種支承和控制系統(tǒng)提供動力的機(jī)械動力和/或電力的發(fā)動機(jī)。此類消耗燃料的發(fā)動機(jī)排出污染物的復(fù)雜混合物，所述污染物包含顆粒物質(zhì)、氮氧化物和其它成分。為了滿足日益嚴(yán)格的排氣排放標(biāo)準(zhǔn)并滿足燃料效率目標(biāo)，機(jī)車制造商已實施多種后處理系統(tǒng)和控制策略。典型的后處理系統(tǒng)結(jié)合了一個或多個過濾器、催化劑、和/或利用由相關(guān)的發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱來還原、轉(zhuǎn)化、燃燒或以其它方式處理排氣中的污染物的其它裝置。一些控制策略包含對相關(guān)的發(fā)動機(jī)施加負(fù)荷以加熱后處理系統(tǒng)。
[0003]大部分后處理裝置必須實現(xiàn)最低溫度以便充分減少污染物(例如，起燃溫度、活化溫度、再生溫度等)，并且在發(fā)動機(jī)未產(chǎn)生足量的熱時會難以實現(xiàn)這種最低溫度。發(fā)動機(jī)未產(chǎn)生足量的熱時的情形包括例如在發(fā)動機(jī)已在停止一定時間后重新起動之后和發(fā)動機(jī)正在怠速運行時。然而，機(jī)車操作員常常使發(fā)動機(jī)長時間怠速運行而不是將它關(guān)閉，以避免將會難以重新起動發(fā)動機(jī)的可能性和/或避免切斷通向由發(fā)動機(jī)在怠速運轉(zhuǎn)期間提供動力的各種系統(tǒng)和裝置(例如，駕駛室加熱/冷卻、用于制動器的壓縮空氣、電氣系統(tǒng)等)的動力。在發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷低的這些時段期間，發(fā)動機(jī)可能不會產(chǎn)生足夠用于后處理系統(tǒng)有效地減少排放物的熱并且可能在機(jī)車速度為零的狀態(tài)下繼續(xù)消耗燃料，由此降低了機(jī)車的平均燃料效率。
[0004]在2002年7月23日授予Sherman等人的美國專利US6,422,001 (’001專利)中記載了一種提高后處理裝置的溫度的嘗試?！?01專利記載了一種再生混合動力車輛的特定過濾器的方法。當(dāng)排氣系統(tǒng)的背壓超過閾值時，控制器提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速并向發(fā)動機(jī)施加其它負(fù)荷以提高特定過濾器的溫度。通過增加借助于將由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)與諸如電阻器的動力消耗裝置連接而增加發(fā)電機(jī)的電力輸出來將負(fù)荷施加至發(fā)動機(jī)?？刂破鞲鶕?jù)將過濾器再生溫度與發(fā)動機(jī)和轉(zhuǎn)矩輸出關(guān)聯(lián)的脈譜圖來控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷以實現(xiàn)該溫度。
[0005]盡管’001專利的系統(tǒng)對于提高后處理裝置的溫度可能在一定程度上有效，但它可能不會是最佳的。特別地，’001專利的系統(tǒng)針對于特定過濾器的定期再生并且可能不適用于提高和維持包括應(yīng)當(dāng)恒定地高于它們的活化溫度的其它裝置的后處理系統(tǒng)的溫度。’001專利的系統(tǒng)還可能未考慮后處理系統(tǒng)的當(dāng)前溫度來確定將發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷增量多少，這可能導(dǎo)致后處理系統(tǒng)的不必要的加熱。此外，’001專利的系統(tǒng)可能未解決后處理裝置在怠速狀態(tài)期間的溫度需求，這可能導(dǎo)致排氣系統(tǒng)的不充分或不必要的加熱。
[0006]本發(fā)明的系統(tǒng)解決了上述問題中的一個或多個問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，本發(fā)明涉及一種用于機(jī)器的控制系統(tǒng)，所述機(jī)器具有發(fā)動機(jī)、第一交流發(fā)電機(jī)、第二交流發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)可包括傳感器和控制器，所述傳感器與所述后處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)并且配置成確定從所述后處理系統(tǒng)通過的排氣的溫度，所述控制器與所述傳感器通信并且能與所述第一交流發(fā)電機(jī)和第二交流發(fā)電機(jī)連接。所述控制器可配置成確定所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出，確定使排氣的溫度上升至所述后處理系統(tǒng)的操作溫度所需的所述發(fā)動機(jī)的負(fù)荷增量，并且在所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述負(fù)荷增量時選擇性地將所述第一交流發(fā)電機(jī)與動力消耗裝置連接以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量。所述控制器還可配置成在所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出小于所述負(fù)荷增量時選擇性地將所述第二交流發(fā)電機(jī)與所述動力消耗裝置連接以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量。
[0008]在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于操作機(jī)器的方法，所述機(jī)器具有發(fā)動機(jī)、第一交流發(fā)電機(jī)、第二交流發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)。所述方法可包括引導(dǎo)排氣經(jīng)所述后處理系統(tǒng)離開所述發(fā)動機(jī)，確定排氣的溫度，確定所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出，以及確定使排氣的溫度上升至所述后處理系統(tǒng)的操作溫度所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量。所述方法還可包括在所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量時選擇性地將所述第一交流發(fā)電機(jī)與動力消耗裝置連接以實現(xiàn)所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量，并且在所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出小于所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量時選擇性地將所述第二交流發(fā)電機(jī)與所述動力消耗裝置連接以實現(xiàn)所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量。
[0009]在又一方面，本發(fā)明涉及一種機(jī)車。所述機(jī)車可包括發(fā)動機(jī)、由所述發(fā)動機(jī)驅(qū)動的第一交流發(fā)電機(jī)、由所述發(fā)動機(jī)驅(qū)動的第二交流發(fā)電機(jī)、連接成接收來自所述發(fā)動機(jī)的排氣的后處理系統(tǒng)、和與所述后處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)并且配置成確定從所述后處理系統(tǒng)通過的排氣的溫度的傳感器。所述機(jī)車還可包括可從怠速位置經(jīng)一范圍移動到最大位置以改變所述發(fā)動機(jī)的一定轉(zhuǎn)速的油門選擇器、能與所述第一交流發(fā)電機(jī)和第二交流發(fā)電機(jī)中的至少一者連接的一個或多個動力消耗裝置、和能與一個或多個動力消耗裝置連接的輔助動力源。所述機(jī)車還可包括與所述傳感器通信并且能與所述第一和第二交流發(fā)電機(jī)連接的控制器。所述控制器可配置成確定所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出，確定所述第二交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出，并且確定使排氣的溫度上升至所述后處理系統(tǒng)的活化溫度所需的所述發(fā)動機(jī)的負(fù)荷增量。所述控制器還可配置成在所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述負(fù)荷增量時選擇性地將所述第一交流發(fā)電機(jī)與所述一個或多個動力消耗裝置中的至少一個動力消耗裝置連接，并且在所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出小于所述負(fù)荷增量并且所述第二交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述負(fù)荷增量時選擇性地將所述第二交流發(fā)電機(jī)與所述一個或多個動力消耗裝置中的至少一個動力消耗裝置連接以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量。所述控制器還可配置成跟蹤在所述油門選擇器移動到所述怠速位置時經(jīng)過的時間，確定由一個或多個動力消耗裝置產(chǎn)生的負(fù)荷，并且僅在由所述一個或多個動力消耗裝置產(chǎn)生的負(fù)荷小于所述輔助動力源的輸出容量并且從所述后處理系統(tǒng)通過的排氣的溫度低于臨界溫度時選擇性地關(guān)閉所述發(fā)動機(jī)并啟用所述輔助動力源以限制所述后處理系統(tǒng)的溫度。
【附圖說明】
[0010]圖1是結(jié)合了示例性公開的動力系統(tǒng)的機(jī)器的概略圖示；
[0011]圖2是可由圖1的動力系統(tǒng)執(zhí)行的示例性公開的熱管理方法的流程圖；和
[0012]圖3是可由圖1的動力系統(tǒng)執(zhí)行的示例性公開的怠速減排方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1示出示例性動力系統(tǒng)1。出于本發(fā)明的目的，將動力系統(tǒng)1示出和描述為移動式機(jī)器，例如機(jī)車。動力系統(tǒng)10可尤其包括至少一個內(nèi)燃發(fā)動機(jī)12和構(gòu)造成接收來自發(fā)動機(jī)12的燃燒產(chǎn)物(例如，排氣)的后處理系統(tǒng)14。發(fā)動機(jī)12可構(gòu)造成燃燒空氣和燃料的混合物以產(chǎn)生驅(qū)動一個或多個交流發(fā)電機(jī)16的機(jī)械輸出。交流發(fā)電機(jī)16可由發(fā)動機(jī)12驅(qū)動以向牽引裝置18和/或一個或多個動力消耗裝置20a-d提供動力。動力系統(tǒng)10還可包括用于向動力消耗裝置20供給動力的輔助動力源22和用于動力系統(tǒng)10的手動控制的駕駛室24。
[0014]發(fā)動機(jī)12可以是多氣缸式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。例如，發(fā)動機(jī)12可燃燒燃料如汽油、柴油、氣態(tài)燃料等而產(chǎn)生機(jī)械輸出并排出污染物如氮氧化物(NOx)、顆粒物質(zhì)(PM)、一氧化碳(CO), 二氧化碳(CO2)、碳?xì)浠衔?HC)等的復(fù)雜混合物。這些污染物和由發(fā)動機(jī)12產(chǎn)生的其它燃燒產(chǎn)物可通稱為“排氣”。燃燒后的空氣和燃料可經(jīng)由與發(fā)動機(jī)12的排氣口連接的排氣歧管26和/或其它通路作為熱排氣離開發(fā)動機(jī)12并在到達(dá)大氣之前從后處理系統(tǒng)14通過。
[0015]后處理系統(tǒng)14可包括與發(fā)動機(jī)12的氣缸流體連接的一個或多個排氣通路28，和用于減少排氣中的污染物的一個或多個后處理裝置30。后處理裝置30可包括例如用于減少從發(fā)動機(jī)12排出的污染物如NOx、HC、CO、PM和/或其它排氣成分的氧化催化劑、選擇性催化還原裝置、顆粒過濾器(例如，DPF或催化顆粒過濾器)等。后處理裝置30在最低溫度如活化溫度、起燃溫度、再生溫度或優(yōu)選操作溫度之上可最有效地減少污染物。后處理裝置30可通過吸收來自從發(fā)動機(jī)12流經(jīng)后處理系統(tǒng)14的排氣的熱而達(dá)到活化溫度或其它這樣的溫度。當(dāng)進(jìn)入后處理系統(tǒng)14的排氣的溫度(Tat)低于最低溫度(T1)時，后處理裝置30可能無法達(dá)到或維持活化溫度。1^可對應(yīng)于操作溫度如活化溫度、再生溫度、起燃溫度等。1\可根據(jù)后處理系統(tǒng)14中所包括的后處理裝置30的類型而變化，并且例如可為約60-300°C (例如，265°C)。
[0016]當(dāng)Tat低于!^時，例如當(dāng)發(fā)動機(jī)12在冷起動條件下(例如，在停止一定時間之后或在寒冷氣候條件期間)或在低負(fù)荷下起動時，人為地升高Tat以使后處理裝置30的溫度上升超ST1可能是有益的。為了確定ΤΑΤ，后處理系統(tǒng)14可包括配置成確定從發(fā)動機(jī)12進(jìn)入后處理系統(tǒng)14的排氣的溫度的傳感器32。傳感器32可包括多個傳感器并且在后處理裝置30的上游配置在排氣通路28內(nèi)。如果需要的話，傳感器32還可或替代地定位在后處理系統(tǒng)14內(nèi)的其它位置處，例如后處理裝置30的下游或其內(nèi)。傳感器32可與控制器34通信，并且控制器34可從傳感器32接收指示Tat的信號。傳感器32可替代地配置成確定后處理系統(tǒng)14的某些構(gòu)件(例如，后處理裝置30)的溫度，所述控制器34可用于判定Tat是高于還是低于Tu
[0017]后處理系統(tǒng)14還可包括配置在排氣通路28中以選擇性地限制排氣流通過后處理系統(tǒng)14的限制閥36。限制閥36可以是與控制器34通信并由其致動以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)12上的背壓(P)和進(jìn)而負(fù)荷的控制閥。發(fā)動機(jī)12的背壓P可由與控制器34通信的一個或多個傳感器38確定。傳感器38可以是絕對壓力傳感器或壓力差傳感器。例如，傳感器38可在后處理系統(tǒng)14的入口附近配置在排氣通路28中。在另一些實施例中，傳感器38可配置成確定跨限制閥36的壓力。應(yīng)理解，可使用傳感器38的其它位置。
[0018]隨著排氣從發(fā)動機(jī)12流動通過后處理系統(tǒng)14，后處理系統(tǒng)14的構(gòu)件可變熱并輻射熱能。在后處理系統(tǒng)14內(nèi)可配置有能量回收單元40以回收一部分由后處理系統(tǒng)14的熱構(gòu)件發(fā)出的熱能。能量回收單元40可構(gòu)造成轉(zhuǎn)化來自后處理系統(tǒng)14的一個或多個構(gòu)件的熱能并且將該熱能轉(zhuǎn)化為可由動力系統(tǒng)10使用(例如，供給到動力消耗裝置20a-d)的另一有用形式的能量，例如電能。能量回收單元40可將回收的能量儲存在蓄能裝置如電池、電容器或其它儲存裝置中。在所公開的實施例中，能量回收單元40包括將熱能作為電力儲存在電池41中的熱電發(fā)電機(jī)。儲存在電池41中的電力可用于按需為動力系統(tǒng)10的其它元件提供動力。在另一些實施例中，能量回收單元40可包括熱交換器、熱栗、復(fù)熱器和/或其它類型的能量回收裝置。
[0019]交流發(fā)電機(jī)16可由發(fā)動機(jī)12的機(jī)械輸出驅(qū)動。交流發(fā)電機(jī)16可包括由發(fā)動機(jī)12并聯(lián)或串聯(lián)驅(qū)動的多個單獨的交流發(fā)電機(jī)。在一些實施例中，每個交流發(fā)電機(jī)16都可用于為動力系統(tǒng)10的不同部分產(chǎn)生動力。例如，圖1的實施例示出由發(fā)動機(jī)12驅(qū)動并與控制器34和牽引裝置18連接的稱為牽引交流發(fā)電機(jī)16a的第一交流發(fā)電機(jī)。牽引交流發(fā)電機(jī)16a可具有向牽引裝置18提供電力的主要功能，不過牽引交流發(fā)電機(jī)16a也可用于根據(jù)需要為動力系統(tǒng)1的其它部分供電。例如，牽引交流發(fā)電機(jī)16a也可在需要時與消耗裝置20連接并可操作成向其提供動力。每個牽引裝置18和/或由牽引交流發(fā)電機(jī)16a驅(qū)動的其它裝置可在交流發(fā)電機(jī)16a上產(chǎn)生負(fù)荷，并且這些負(fù)荷之和可稱為牽引交流發(fā)電機(jī)負(fù)荷(Lta)。隨著Lta增大或減小，發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷也可成比例地增大或減小。
[0020]圖1的實施例還示出稱為配套交流發(fā)電機(jī)16b的第二交流發(fā)電機(jī)16，其可由牽引交流發(fā)電機(jī)16a驅(qū)動并與控制器34通信。配套交流發(fā)電機(jī)16b可與一個或多個動力消耗裝置20a-d連接且主要用于向消耗裝置20提供動力。然而應(yīng)理解，如果需要的話，配套交流發(fā)電機(jī)16b可向動力系統(tǒng)10的其它部分提供動力。每個動力消耗裝置20和/或由配套交流發(fā)電機(jī)16b提供動力的其它裝置可在配套交流發(fā)電機(jī)16b上產(chǎn)生負(fù)荷，并且這些負(fù)荷之和可稱為配套交流發(fā)電機(jī)負(fù)荷(Li)。隨著Ua增大或減小，發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷也可成比例地增大或減小。
[0021]牽引裝置18可包括構(gòu)造成提供機(jī)械動力以推進(jìn)動力系統(tǒng)10的一個或多個裝置。例如，牽引裝置18可包括由牽引交流發(fā)電機(jī)16a提供動力的一個或多個交流(AC)牽引電機(jī)。應(yīng)理解，如果需要的話，牽引裝置18可替代地包括直流(DC)電機(jī)。當(dāng)由牽引交流發(fā)電機(jī)16a提供動力時，牽引裝置18可沿軌道(例如，附著軌道、導(dǎo)軌等)驅(qū)動車輪以推進(jìn)動力系統(tǒng)10。在另一些實施例中，牽引裝置可沿地面、軌道系統(tǒng)、履帶系統(tǒng)等驅(qū)動車輪。
[0022]動力消耗裝置20a_d可由配套交流電機(jī)16b提供動力并且包括與動力系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的各種電力消耗裝置。動力消耗裝置20a-d可包括支持發(fā)動機(jī)12的運轉(zhuǎn)、提供牽引裝置18的制動、向駕駛室24提供便利的裝置。這些裝置可在配套交流發(fā)電機(jī)16b上產(chǎn)生負(fù)荷，由此在發(fā)動機(jī)12上產(chǎn)生負(fù)荷。動力消耗裝置20a-d內(nèi)包括的每個裝置都可與具有可由操作員和/或控制器34控制的斷路器的單獨電路相關(guān)聯(lián)。
[0023]例如，動力消耗裝置20a可包括可由配套交流發(fā)電機(jī)16b以交流電直接提供動力的壓縮空氣系統(tǒng)(例如，包括空氣壓縮機(jī)、干燥器、管道、閥、儲器等)、鼓風(fēng)機(jī)、散熱風(fēng)扇等。動力消耗裝置20b-d可從配套交流發(fā)電機(jī)16b接收已變換為直流電并調(diào)整為期望電壓的電力。
[0024]動力消耗裝置20b可包括對配套交流發(fā)電機(jī)16b施加對動力系統(tǒng)10的有效操作而言關(guān)鍵的負(fù)荷并且在來自配套交流發(fā)電機(jī)16b的動力有限時享受優(yōu)先的裝置。關(guān)鍵負(fù)荷可由諸如內(nèi)部和/或外部燈、制動系統(tǒng)(例如，行車制動器、緊急制動器等)、電控系統(tǒng)(例如，控制器、控制模塊、ECU、計算機(jī)等)、通信系統(tǒng)(例如，與編組中的機(jī)車通信、與調(diào)度通信、與列車中的車廂通信等)、動力控制裝置(例如，反向器、油門等)、儀表(例如，壓力表、燃料表、電表等)、AC/DC變換器、電壓調(diào)節(jié)器等裝置產(chǎn)生。應(yīng)理解，與上述裝置不同的裝置可產(chǎn)生關(guān)鍵負(fù)荷。
[0025]對交流發(fā)電機(jī)16施加負(fù)荷的其它裝置可包括動態(tài)制動系統(tǒng)的構(gòu)件，例如一個或多個動態(tài)制動?xùn)?0c。動態(tài)制動?xùn)?0c可包括可與牽引裝置18和交流發(fā)電機(jī)16連接的電阻元件。當(dāng)操作員施加行車制動時，牽引裝置18的磁場部分與牽引交流發(fā)電機(jī)16a連接并且牽引裝置18的電樞部分由動力系統(tǒng)10的車輪驅(qū)動。動態(tài)制動?xùn)?0c在制動期間可與牽引裝置18連接，由此對充當(dāng)發(fā)電機(jī)的牽引裝置18施加大的負(fù)荷以使動力系統(tǒng)10減速。交流發(fā)電機(jī)16上的負(fù)荷(例如，Lat和Ua)也可通過將動態(tài)制動?xùn)?0c跨交流發(fā)電機(jī)16連接來增加，由此也增加了發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷。動態(tài)制動?xùn)?0c可從交流發(fā)電機(jī)接收電流形式的電能并耗散熱會K。
[0026]牽引裝置18在制動期間產(chǎn)生或由交流發(fā)電機(jī)16產(chǎn)生的動力可作為由從動態(tài)制動?xùn)?0c通過的電流形成的熱耗散。在圖1的示例中，能量回收單元42可與動態(tài)制動?xùn)?0c連接以回收在制動期間和/或在動態(tài)制動?xùn)?0c用于增加發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷時產(chǎn)生的熱能。例如，能量回收單元42可以是熱電發(fā)電機(jī)?；厥盏臒崮芸赊D(zhuǎn)化為有用形式的能量(例如，電力)并儲存在電池43中或供給至動力系統(tǒng)10的其它構(gòu)件。風(fēng)扇、冷卻翅片、熱交換器和/或其它冷卻裝置可同樣或替代地與動態(tài)制動?xùn)?0c連接以保護(hù)電阻元件以免過熱。
[0027]動力消耗裝置20d可包括在特定情況下(例如，在低功率模式期間)對配套交流發(fā)電機(jī)16b施加對動力系統(tǒng)10的有效操作不關(guān)鍵的負(fù)荷并且在優(yōu)先關(guān)鍵負(fù)荷時接收減少的動力的裝置。動力消耗裝置20d可包括向駕駛室24提供便利的裝置，例如空調(diào)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、帶加熱的窗戶、帶加熱的衛(wèi)生間等。動力消耗裝置20d還可包括其它產(chǎn)生非關(guān)鍵負(fù)荷的裝置，例如用于壓縮空氣系統(tǒng)的空氣干燥器和用于后處理系統(tǒng)14的計量栗。應(yīng)理解，其它裝置可產(chǎn)生非關(guān)鍵負(fù)荷，并且比所列裝置少或與所列裝置不同的裝置可產(chǎn)生非關(guān)鍵負(fù)荷。
[0028]輔助動力源22可按需或在發(fā)動機(jī)12關(guān)閉且未驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)16時向消耗裝置20a-d而不是交流發(fā)電機(jī)16提供動力。例如，在一些實施例中，輔助動力源22可構(gòu)造成在發(fā)動機(jī)12運行時始終運行，并且駕駛室24可包括開關(guān)(或其它控制裝置)，操作員可使用該開關(guān)以針對向消耗裝置20a-d提供動力而在配套交流發(fā)電機(jī)16b與輔助動力源22之間進(jìn)行選擇。在另一些實施例中，當(dāng)發(fā)動機(jī)12關(guān)閉時，輔助動力源22在特定情況下可由控制器34自動啟用。當(dāng)控制器34自動關(guān)閉發(fā)動機(jī)12時，控制器34也可啟用輔助動力源22以繼續(xù)向消耗裝置20a-d提供動力。當(dāng)操作員關(guān)閉發(fā)動機(jī)12時，輔助動力源22可保持關(guān)閉，直至由操作員啟用。
[0029]輔助動力源22可以是由發(fā)動機(jī)提供動力的發(fā)電機(jī)，例如輔助動力單元(APU)，或其它電源，例如電池組。在一些實施例中，輔助動力源22可燃燒來自與發(fā)動機(jī)12相同的燃料源的燃料。輔助動力源22可小于發(fā)動機(jī)12并具有小于發(fā)動機(jī)12的輸出能力，由此消耗更少的燃料并產(chǎn)生更少的排放物。輔助動力源22還可包括用于限制排放物并符合適用規(guī)則的單獨的后處理系統(tǒng)。在輔助動力源22是電池組的另一些實施例中，所述電池組可包括可由交流發(fā)電機(jī)16再充電的一個或多個電池。應(yīng)理解，輔助動力源22可包括用于產(chǎn)生輔助動力的其它裝置。
[0030]駕駛室24可用作操作站并且包括用于操作動力系統(tǒng)10的各種控制裝置。例如，駕駛室24可包括配置成影響發(fā)動機(jī)12的轉(zhuǎn)速的與控制器34通信的油門選擇器44。油門選擇器44可體現(xiàn)為開關(guān)、撥片、滑塊、手柄、旋鈕、桿、踏板或任意其它類型的控制裝置。在所公開的實施例中，油門選擇器44可從怠速位置經(jīng)一定范圍移動到最大位置。特別地，油門選擇器44可移動通過與相應(yīng)的原動力需求對應(yīng)的油門槽位(TN)的范圍(例如，TN1-TN8)，所述原動力需求影響發(fā)動機(jī)12和/或其它動力源的動力輸出水平。
[0031]控制器34可存儲用于確定和/或預(yù)測動力系統(tǒng)10的各種參數(shù)如后處理系統(tǒng)14的參數(shù)(例如，溫度、壓力、煙塵負(fù)荷、儲存容量等)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(Θ )、跟蹤速度(Vt)等的模型、算法、脈譜圖和/或查找表?？刂破?4還可配置成跟蹤各種指令或操作已開始之后經(jīng)過的時間。例如，控制器34可配置成跟蹤發(fā)動機(jī)12起動之后經(jīng)過的時間Te和油門選擇器44移動到怠速位置之后經(jīng)過的時間(T1dle)。應(yīng)了解，控制器34可包括存儲器、輔助存儲設(shè)備、處理器和用于運行應(yīng)用的任意其它構(gòu)件?？刂破?4可包括一定數(shù)量的模塊，所述模塊可包括處理器、存儲器和用于運行應(yīng)用的其它構(gòu)件。各種其它電路可與控制器34相關(guān)聯(lián)，例如供電電路、信號調(diào)節(jié)電路、致動器驅(qū)動電路和其它類型的電路。
[0032]下面將參照圖2-3說明可利用動力系統(tǒng)10執(zhí)行的示例性熱管理和怠速減排方法。
[0033]工業(yè)適用性
[0034]所公開的動力系統(tǒng)可用于向一個或多個動力消耗裝置提供動力并具有排氣后處理系統(tǒng)的任意機(jī)器中，其中在減少燃料消耗的同時實現(xiàn)后處理系統(tǒng)的最低溫度是有益的。所公開的動力系統(tǒng)尤其適用于利用一個或多個發(fā)動機(jī)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)向各種車載動力消耗裝置供給動力的機(jī)器，例如機(jī)車?，F(xiàn)在將參照圖2-3詳細(xì)描述動力系統(tǒng)10的示例性操作。
[0035]在動力系統(tǒng)10的操作期間，發(fā)動機(jī)12可燃燒空氣和燃料的混合物，由此產(chǎn)生排氣流和用于驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)16的機(jī)械輸出。牽引交流發(fā)電機(jī)16a可被驅(qū)動以向牽引裝置18供給用于推進(jìn)動力系統(tǒng)10的動力。配套交流發(fā)電機(jī)16b可被驅(qū)動以向遍及動力系統(tǒng)10的消耗裝置20a-d供給動力。來自發(fā)動機(jī)12的排氣可經(jīng)排氣歧管26和/或排氣通路28被引導(dǎo)到后處理系統(tǒng)14中。隨著排氣流經(jīng)后處理系統(tǒng)14，后處理裝置30可還原、燃燒、轉(zhuǎn)化、捕集或以其它方式處理排氣污染物。
[0036]當(dāng)動力系統(tǒng)10被啟用時，控制器34可開始熱管理方法(200)(步驟202)并跟蹤自發(fā)動機(jī)12起動以來經(jīng)過的時間τΕ?？刂破?4然后可在繼續(xù)方法200的下一個步驟之前判定τΕ何時大于臨界時間1:(步驟204) 可表示發(fā)動機(jī)12將保持活動足夠長的時間以使得可執(zhí)行適當(dāng)條件下的正確關(guān)閉序列的可能性高之后的時間量。亦即，T1可被選擇成降低提高離開發(fā)動機(jī)12的排氣的溫度的努力開始并快速中止的可能性。例如，I可為約5-60秒(例如，30秒)。當(dāng)τΕ大于^時，控制器34可繼續(xù)至下一個步驟。
[0037]控制器34然后可經(jīng)由傳感器32確定進(jìn)入后處理系統(tǒng)14的排氣的溫度(Tat)和經(jīng)由傳感器38確定發(fā)動機(jī)12上的背壓(P)并基于Tat和P來調(diào)節(jié)限制閥36(步驟206)?？刂破?4可基于存儲在控制器34的存儲器中的脈譜圖來調(diào)節(jié)限制閥36，所述脈譜圖將ΤΑΤ、Ρ和限制閥36的位置關(guān)聯(lián)?？刂破?4可配置成根據(jù)該脈譜圖來調(diào)節(jié)限制閥36的位置以增加發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷，由此幫助使Tat快速上升至后處理裝置有效地還原排氣成分的溫度(T1)。
[0038]控制器34然后可判定Tat是否大于或等于!^(步驟208)。只要Tat大于T1，就可以不需要人為地進(jìn)一步增大ΤΑΤ，這是因為后處理系統(tǒng)14正在接收處于足夠用于減少污染物的溫度的排氣。為了確保后處理系統(tǒng)14僅在必要時被加熱，由此避免后處理系統(tǒng)14的不必要加熱，控制器34可在進(jìn)行任意進(jìn)一步的動作之前判定Tat是否大于!^。當(dāng)在步驟208的判定為“是”時，控制器34可返回步驟202，因為不需要進(jìn)一步加熱排氣。方法200可以以約I秒的采樣速率重新開始以繼續(xù)監(jiān)視Tat并確保排氣中的污染物接受一致的處理。當(dāng)在步驟208的判定為“否”時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法200的下一個步驟。
[0039]為了幫助Tat更快達(dá)到!^，控制器34可采取另外的措施以增加動力系統(tǒng)10的發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷。例如，控制器34可選擇性地將配套交流發(fā)電機(jī)16b或牽引交流發(fā)電機(jī)16a與另外的動力消耗裝置20a-d連接以增加發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷。在采取動作之前，控制器34首先可判定動力系統(tǒng)10對交流發(fā)電機(jī)16施加的負(fù)荷是否足以在沒有進(jìn)一步的輔助的情況下將Tat提高至T1。例如，控制器34可由動力消耗裝置20a-d確定配套交流發(fā)電機(jī)16b上的負(fù)荷(Lca)(步驟210) οLca可以是直接負(fù)荷(例如，由動力消耗裝置20a形成的負(fù)荷)與對配套交流發(fā)電機(jī)施加的關(guān)鍵和非關(guān)鍵負(fù)荷(例如，由動力消耗裝置20b-d形成的負(fù)荷)之和?？蓪⒂筛鲃恿ο难b置20a_d形成的負(fù)荷確定為各動力消耗裝置20a_d需求的電壓和安培數(shù)的乘積。
[0040]利用存儲在其存儲器中的脈譜圖，控制器34然后可判定Lca是否小于與針對特定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Θ的最大允許負(fù)荷對應(yīng)的臨界負(fù)荷(L1)(步驟212) ο當(dāng)Lca小于1^時，配套交流發(fā)電機(jī)16b可低于針對當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Θ的最大輸出水平，在超過當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Θ的情況下，對配套交流發(fā)電機(jī)16b施加另外的負(fù)荷可能引起它“欠壓(brown out)”，或向動力消耗裝置20a-d供給不足量的電流。當(dāng)控制器34在步驟212判定為Lca小于1^時，控制器34可對配套交流發(fā)電機(jī)16b施加另外的負(fù)荷而不會使配套交流發(fā)電機(jī)16b欠壓。
[0041]控制器34還可在步驟212判定油門選擇器44是否處于臨界位置，在該臨界位置處發(fā)動機(jī)12產(chǎn)生足夠的動力以在不利用另外的負(fù)荷的情況下使Tat增大至T1。例如，控制器34可從操作員接收油門選擇并將它與存儲在其存儲器內(nèi)的臨界選擇進(jìn)行比較，在所述臨界選擇之上不需要另外的負(fù)荷來使Tat增大至T1。油門選擇可以是油門位置Tn的選擇，且臨界選擇可以是臨界油門位置(Tnt)，在該臨界油門位置之上不需要另外的負(fù)荷來使Tat增大至Ti。在所公開的實施例中，Tnt可以是Tn1。然而，應(yīng)理解，如果需要的話，Tnt可以是油門選擇器44的另一位置。
[0042]當(dāng)油門選擇器44移動到高于“怠速”且小于或等于Tnt的位置時，控制器34可起動計時器以判定當(dāng)前油門位置被維持的可能性是否高。因此，在步驟212，控制器34還可判定計時器是否已超過臨界時間(T2)，在該臨界時間之后油門選擇器44的位置被選擇的可能性高。在計時器達(dá)到12之前，控制器可在油門選擇器位于從“怠速”至大于Tn1的第二閾值(Tnx)的范圍內(nèi)時繼續(xù)方法200。這樣，可允許操作員進(jìn)行特定油門位置調(diào)節(jié)而不過早影響由控制器34作出的熱管理決定。當(dāng)控制器34在步驟212判定為計時器已超過12時，油門選擇器44將保持處于其當(dāng)前位置的可能性高。
[0043]控制器34還可在步驟212判定動力系統(tǒng)10的跟蹤速度(Vt)是否超過最低臨界速度(V0。然而，應(yīng)理解，在另一些實施例中，Vt可指示動力系統(tǒng)的地面速度或另一類型的相對速度。當(dāng)Vt大于V1 (例如，約IMPHMt，動力系統(tǒng)可在適當(dāng)條件下操作以向配套交流發(fā)電機(jī)16b施加另外的負(fù)荷，以便實現(xiàn)TatXT1。當(dāng)Vt小于輔寸，動力系統(tǒng)10可能未移動或可緩慢地移動，并且控制器34可避免使用配套交流發(fā)電機(jī)16b為制動?xùn)?0c提供動力。
[0044]當(dāng)在步驟212的判定為“是”時，亦即，當(dāng)Lca〈U、“怠速” < Tn < Tnx、Vt>V^tt〈t2時，控制器34然后可從來自車載壓縮空氣系統(tǒng)(例如，與動力消耗裝置20a相關(guān)聯(lián))釋放壓縮空氣一定量的時間，所述時間被確定成致使與空氣系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的空氣壓縮機(jī)開始抽吸以置換壓縮空氣(步驟214)。啟用空氣壓縮機(jī)可增加配套交流發(fā)電機(jī)16b上的負(fù)荷，由此增加發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷并提高排氣的溫度。壓縮空氣可由任意合適的閥或釋放點例如從主儲罐或經(jīng)系統(tǒng)中的閥如雷達(dá)磁閥(radar mag-valve)釋放?？刂破?4然后可確定發(fā)動機(jī)12上需要多大的附加負(fù)荷(如果有的話)以使Tat上升至T1(步驟216)。
[0045]在步驟216，控制器34可利用存儲在其存儲器中的脈譜圖來確定使Tat上升至1^所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量。存儲在控制器34中的脈譜圖可將Tat和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Θ與使Tat上升而達(dá)到Ti所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量關(guān)聯(lián)。在步驟216確定的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量可對應(yīng)于對牽引交流發(fā)電機(jī)16a和/或配套交流發(fā)電機(jī)16b施加以引起發(fā)動機(jī)12上足以使Tat上升而達(dá)到T1所需的附加負(fù)荷。
[0046]返回步驟212，當(dāng)判定為“否”時，控制器34然后可判定油門選擇器44是否處于“怠速”位置和時間是否已超過T2(步驟218)。在怠速運轉(zhuǎn)期間，發(fā)動機(jī)12可消耗足夠的燃料以滿足Ua、Lta，和與怠速運轉(zhuǎn)相關(guān)的任意其它負(fù)荷。結(jié)果，動力系統(tǒng)10關(guān)于行駛距離的平均燃料效率(例如，英里/加侖，或MPG)可能降低和/或與怠速運轉(zhuǎn)期間的燃料消耗相關(guān)的燃料損失可能增加。
[0047]為了避免增加配套交流發(fā)電機(jī)16b和/或牽引交流發(fā)電機(jī)16a上的負(fù)荷，由此避免燃料消耗的增加，當(dāng)在步驟218的判定為“是”時，亦即，當(dāng)油門選擇器44在τ2被超過之后處于怠速位置時，控制器34可轉(zhuǎn)入怠速減排方法300 (參照圖3)。當(dāng)在步驟218的判定為“否”時，亦即，當(dāng)油門選擇器44在12被超過之后未處于怠速位置時，控制器34可判定制動?xùn)?0c是否與牽引裝置18連接(步驟220)。
[0048]控制器34可在步驟220判定制動?xùn)?0c是否與牽引裝置18接合，以避免在任意牽引裝置已經(jīng)出于制動目的而被連接時將牽引交流發(fā)電機(jī)16a與制動?xùn)?0c連接。此外，還可避免牽引交流發(fā)電機(jī)16a或配套交流發(fā)電機(jī)16b在另一者已經(jīng)與制動?xùn)?0c連接之后將與制動?xùn)?0c連接的可能性。當(dāng)在步驟220的判定為“是”時，亦即，當(dāng)制動?xùn)?0c與牽引裝置18接合時，控制器可返回步驟210，重新確定LCA，并重復(fù)步驟210-220。當(dāng)在步驟220的判定為“否”時，亦即，當(dāng)制動?xùn)?0c未與牽引裝置18接合時，控制器然后可判定牽引交流發(fā)電機(jī)16a上的負(fù)荷(Lm)是否大于針對當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Θ的臨界負(fù)荷(L2)(步驟222)。
[0049]控制器34可在步驟222利用將Θ和Lta關(guān)聯(lián)的存儲在其存儲器中的脈譜圖來判定Lta是否大于L2。然而，應(yīng)理解，可使用模型、算法和其它判定Lta是否大于1^2的方式。當(dāng)Lta大于L2時，亦即，當(dāng)在步驟222的判定為“是”時，牽引交流發(fā)電機(jī)16a的功率輸出可高于臨界功率輸出，在該臨界功率輸出下牽引交流電機(jī)無法在不“欠壓”的情況下進(jìn)一步加載。為了避免牽引交流發(fā)電機(jī)16a欠壓，控制器34可在Lta大于L2時返回步驟202并重新開始方法200(步驟218)。當(dāng)在步驟222的判定為“否”時，亦即，當(dāng)Lta不大于L2時，控制器34可在步驟216確定使Tat上升至T1所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量。
[0050]一旦確定步驟216中的所需負(fù)荷，控制器34便可基于在步驟212和222中確定的Lca和Lta來判定配套交流發(fā)電機(jī)16b和牽引交流發(fā)電機(jī)是否具有可用的功率輸出能力以承受附加負(fù)荷。當(dāng)配套交流發(fā)電機(jī)16b的有效功率輸出大于在步驟216中確定的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量時，控制器34可選擇性地將配套交流發(fā)電機(jī)16b與另外的動力消耗裝置(例如，動態(tài)制動?xùn)?0c)連接以實現(xiàn)使Tat上升至!^所需的負(fù)荷增量(步驟226)?？刂破?4可替代地基于在步驟222中確定的Lta來確定牽引交流發(fā)電機(jī)16a的有效功率輸出。當(dāng)配套交流發(fā)電機(jī)16b的有效功率輸出小于使Tat上升至Ti所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量并且牽引交流發(fā)電機(jī)16a的有效功率輸出大于使Tat上升至T1所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量時，控制器34可在步驟226選擇性地將牽引交流發(fā)電機(jī)16a與附加動力消耗裝置連接以實現(xiàn)負(fù)荷增量?？刂破?4在接合牽引交流發(fā)電機(jī)16a之前可試圖將配套交流發(fā)電機(jī)16b與附加負(fù)荷連接以便儲備牽引交流發(fā)電機(jī)16a的負(fù)荷能力用于在可能時為牽引裝置18提供動力。
[0051 ]在步驟226期間連接的附加動力消耗裝置可包括動力消耗裝置20a_d中的一個動力消耗裝置。例如，附加動力消耗裝置可以是制動?xùn)?0c。由于制動?xùn)?0c包括可由控制器34跨牽引交流發(fā)電機(jī)16a或配套交流發(fā)電機(jī)16b選擇性地連接的電阻元件，所以可經(jīng)由牽引交流發(fā)電機(jī)16a或配套交流發(fā)電機(jī)16b對發(fā)動機(jī)12施加所需的附加負(fù)荷而不干擾其它動力消耗裝置20a、20b和20d的操作。此外，制動?xùn)?0c可接收電流并輸出熱，該熱可經(jīng)由能量回收單元40、42回收。例如，能量回收單元40、42可包括用于將來自排氣通路28和/或制動?xùn)?0c的熱能變換為電力并且將該電力儲存在電池41、43中的熱電發(fā)電機(jī)或其它裝置。當(dāng)牽引交流發(fā)電機(jī)16a或配套交流發(fā)電機(jī)16b與附加動力消耗裝置連接時，控制器34可返回步驟210并重復(fù)步驟210-224，直至在步驟224的判定為“是”，亦即，直至不需要另外的發(fā)動機(jī)負(fù)荷來使Tat上升至Tu
[0052]在于步驟226對任一交流發(fā)電機(jī)16施加附加負(fù)荷之后，控制器34可基于步驟216的結(jié)果來判定是否需要非零的附加負(fù)荷(步驟228)。步驟228可通過確保需要非零的附加負(fù)荷來達(dá)到!^而提供對Tat的附加檢查以避免不必要的燃料消耗。這樣，控制器34可避免增加發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷，除非Tat仍低于Ti。例如，當(dāng)在步驟228的判定為“是”時，亦即，當(dāng)不需要另外的發(fā)動機(jī)負(fù)荷來使Tat上升至Tdt(g卩，當(dāng)Tat大于或等于!^時)，控制器34可返回步驟202并重復(fù)方法200。然而，當(dāng)步驟228的判定為“否”時，亦即，當(dāng)需要大于零的附加負(fù)荷來使Tat上升至!^時，控制器可返回步驟210并重復(fù)步驟210-228以實現(xiàn)TatXTu
[0053]返回步驟218，當(dāng)該判定為“是”時，亦即，當(dāng)油門選擇器44處于怠速位置且ττ>τ2時，控制器34可轉(zhuǎn)入圖3所示的方法300以判定是否適合關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并啟用輔助動力源22以給消耗裝置20a-d提供動力。當(dāng)油門選擇器44處于怠速位置時，可通過關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并經(jīng)由可比發(fā)動機(jī)12小得多的輔助動力源22為消耗裝置20a-d提供動力來保存燃料。然而，當(dāng)動力系統(tǒng)10的至關(guān)重要的操作需要發(fā)動機(jī)12繼續(xù)運行時，發(fā)動機(jī)12不應(yīng)當(dāng)被關(guān)閉。在關(guān)閉發(fā)動機(jī)12之前，控制器34可開始怠速減排檢查(步驟302)以判定是否適合關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并保存燃料。盡管步驟304-320以特定次序描述了動力系統(tǒng)10的特定方面，但應(yīng)理解，可以任意次序考慮更少或其它的方面。
[0054]在于步驟302開始怠速減排檢查之后，控制器34可判定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Θ是否大于零(即，發(fā)動機(jī)12是否正在運行)，油門選擇器44是否已從臨界位置以下移動到怠速位置，和發(fā)動機(jī)12是否已怠速運轉(zhuǎn)至少經(jīng)過的時間極限^。例如，控制器34可從操作員接收油門選擇(指示油門選擇器44的位置)并判定該選擇是否低于閾值如1^并處于怠速位置?？刂破?4然后可跟蹤該油門選擇低于臨界選擇(例如，處于怠速位置)時經(jīng)過的時間(HE)，其指示發(fā)動機(jī)12的怠速運轉(zhuǎn)時間?？刂破?4然后可在油門選擇器44移動到怠速位置之后在經(jīng)過時間tIDLE超過經(jīng)過時間極限12時選擇性地關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并啟用輔助動力源22(步驟304)。通過跟蹤TIDLE并將它與12進(jìn)行比較，控制器34可降低操作員僅意在將油門選擇器44短時間置于怠速下的可能性。12可被存儲在控制器34的存儲器中并且可代表一定量的怠速時間，預(yù)期發(fā)動機(jī)12在該怠速時間之后怠速運轉(zhuǎn)延長的時間并且可關(guān)閉以保存燃料。特別地，T2可為約1-2分鐘。然而，應(yīng)理解，可使用任意量的時間來限定用于防范過早關(guān)閉發(fā)動機(jī)12的12。當(dāng)步驟304的任意條件不成立時，亦即，當(dāng)在步驟304的判定為“否”時，控制器34可返回步驟302。當(dāng)在步驟304的判定為“是”時，控制器可繼續(xù)方法300的下一個步驟。
[0055]控制器34還可判定動力系統(tǒng)10是否處于功率限制模式(步驟306)。例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)12的冷卻劑溫度下降到臨界溫度(例如，140°F)之下時，動力系統(tǒng)10可處于功率限制模式下。當(dāng)冷卻劑溫度低于臨界溫度時，可限制發(fā)動機(jī)12的功率輸出以防止發(fā)動機(jī)的溫度快速升高，這種升溫可能會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)12損壞。另一方面，當(dāng)冷卻劑溫度高于臨界溫度(且功率限制模式關(guān)閉)時，關(guān)閉發(fā)動機(jī)12可停止冷卻劑流到發(fā)動機(jī)12，這可能會允許發(fā)動機(jī)升高至可損壞發(fā)動機(jī)12的溫度。相應(yīng)地，當(dāng)冷卻劑溫度高于臨界溫度且功率限制模式關(guān)閉時，發(fā)動機(jī)12可繼續(xù)運行以便逐漸冷卻至臨界溫度。當(dāng)達(dá)到臨界溫度并且功率限制模式開啟時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0056]控制器34還可確定在怠速運轉(zhuǎn)期間使用的一個或多個動力消耗裝置20a如壓縮空氣系統(tǒng)的狀態(tài)，并基于該狀態(tài)而關(guān)閉發(fā)動機(jī)12。例如，控制器34可僅在壓縮空氣系統(tǒng)的壓力高于臨界壓力如最低啟動壓力或進(jìn)氣水平時確定壓縮空氣系統(tǒng)的壓力并選擇性地關(guān)閉發(fā)動機(jī)12(步驟308)。例如，動力系統(tǒng)10的空氣系統(tǒng)可包括主儲器和用于向動力系統(tǒng)10的制動系統(tǒng)提供壓縮空氣的起動儲器。當(dāng)在步驟308主儲器或起動儲器低于最低啟動壓力或進(jìn)氣水平時，控制器34可返回步驟302以避免關(guān)閉發(fā)動機(jī)12。發(fā)動機(jī)12的動力可用于在它關(guān)閉之前再充裝起動儲器和主儲器以避免發(fā)動機(jī)12在可獲得足量的壓縮空氣之前重新起動的可能性。應(yīng)理解，動力系統(tǒng)10的空氣系統(tǒng)可包括具有可在步驟308考慮的特定參數(shù)的更多或不同的構(gòu)件。
[0057]控制器34還可判定由交流發(fā)電機(jī)16上的動力消耗裝置20a_d產(chǎn)生的總怠速負(fù)荷(Lidle)并判定Lidle是否小于臨界負(fù)荷(L3)(步驟310)。控制器34然后可僅在Lidle小于L3時選擇性地關(guān)閉發(fā)動機(jī)12。例如，L3可以是輔助動力源22的輸出能力，例如在其之上輔助動力源22可能欠壓的負(fù)荷。Lidle可以是動力消耗裝置20a對配套交流發(fā)電機(jī)16b施加的直接負(fù)荷、動力消耗裝置20b施加的關(guān)鍵負(fù)荷與由動力消耗裝置20d施加的非關(guān)鍵負(fù)荷之和。當(dāng)任意相應(yīng)負(fù)荷或它們之和高于存儲在控制器34的存儲器中的臨界負(fù)荷時，亦即，當(dāng)在步驟310的判定為“否”時，控制器34可返回步驟302以避免關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并使輔助動力源22欠壓。當(dāng)在步驟310的判定為“是”時，Lidle不會使輔助動力源22欠壓并且控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0058]控制器34也可確定后處理系統(tǒng)14的狀態(tài)并基于該狀態(tài)而關(guān)閉發(fā)動機(jī)12(步驟312)。例如，控制器34可僅在Tat低于臨界溫度(Tmin)時確定Tat并選擇性地關(guān)閉發(fā)動機(jī)12以限制后處理系統(tǒng)的溫度。當(dāng)發(fā)動機(jī)12怠速運轉(zhuǎn)時，通過后處理系統(tǒng)14的排氣流可幫助逐漸冷卻后處理系統(tǒng)14和/或防止后處理系統(tǒng)的溫度在不存在排氣流的情況下達(dá)到更高的溫度。當(dāng)Tat高于Tmin時關(guān)閉發(fā)動機(jī)12可消除由排氣流提供的逐漸冷卻，這可引起快速的溫度上升并且可能會損壞后處理裝置30。此外，如果后處理裝置包括選擇性催化還原裝置(SCR)并且還原劑被計量供給到后處理系統(tǒng)14中，則控制器34可避免關(guān)閉發(fā)動機(jī)12。來自發(fā)動機(jī)12的排氣流可幫助運送還原劑通過后處理系統(tǒng)14，并且控制器34可避免在還原劑正被計量供給時關(guān)閉發(fā)動機(jī)12以避免在排氣流動停止時形成還原劑沉積。此外，如果任意后處理裝置30正被再生，則控制器34可避免關(guān)閉發(fā)動機(jī)12以避免使后處理裝置30過熱。再生過程通常利用來自發(fā)動機(jī)12的熱和/或燃料燃燒或釋放并減少儲存在后處理裝置30內(nèi)的污染物。在再生過程期間關(guān)閉發(fā)動機(jī)12可消除排氣流，排氣流具有限制后處理裝置30的加熱的冷卻效果，由此產(chǎn)生后處理系統(tǒng)14中的溫度的突然上升(如上所述)和/或使后處理裝置30僅部分地再生。因此，當(dāng)在步驟312的判定為“否”時，控制器34可在不關(guān)閉發(fā)動機(jī)12的情況下返回步驟302 ο當(dāng)在步驟312的判定為“是”時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0059]在一些實施例中，發(fā)動機(jī)12可接收由控制器34或操作員產(chǎn)生的其它關(guān)閉指令，并且控制器34可檢查以確保在下一步之前沒有其它關(guān)閉指令是活動的(步驟314)。例如，駕駛室24可包括關(guān)閉按鈕(或其它類型的輸入裝置)以允許操作員手動關(guān)閉發(fā)動機(jī)12?？刂破?4在手動關(guān)閉按鈕不活動時可以不改變關(guān)閉過程以便允許操作員維持動力系統(tǒng)10的手動控制。此外，在一些實施例中，動力系統(tǒng)10可包括用于在某些條件下關(guān)閉發(fā)動機(jī)12直至檢測出操作員的手動動作的自動發(fā)動機(jī)起動/停止(AESS)系統(tǒng)。如果AESS關(guān)機(jī)過程是活動的，則控制器34可避免對發(fā)動機(jī)12采取控制以確保動力系統(tǒng)10根據(jù)操作員預(yù)期的AESS關(guān)閉的控制方案對操作員的下一個手動命令作出響應(yīng)因此，當(dāng)判定關(guān)閉指令活動時，也就是當(dāng)在步驟314的判定為“是”時，控制器34可返回步驟302。當(dāng)在步驟314的判定為“否”時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0060]控制器34還可在關(guān)閉發(fā)動機(jī)12之前判定輔助動力源22或控制器34是否存在故障(步驟316)。例如，如果輔助動力源未正常工作，則控制器34可避免關(guān)閉發(fā)動機(jī)12以避免輔助動力源可能無法恒定地向消耗裝置20a-d提供動力的風(fēng)險。此外，如果控制器34存在故障(例如，與發(fā)動機(jī)12或動力系統(tǒng)的任意其它構(gòu)件有關(guān)的故障)，則控制器34可避免關(guān)閉發(fā)動機(jī)12以避免使機(jī)組人員工作以解決該故障時的診斷和/或修理過程復(fù)雜。因此，當(dāng)在步驟316的判定為“是”時，亦即，當(dāng)存在活動故障時，控制器34可返回步驟302。當(dāng)在步驟316的判定為“否”時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0061]在一些實施例中，動力系統(tǒng)10可包括節(jié)電模式，其中操作員可手動允許動力系統(tǒng)10的由電池提供動力的部分保持啟動，直至電池耗盡。因此，控制器34可在關(guān)閉發(fā)動機(jī)12之前檢查以確保節(jié)電模式是否開啟(步驟318)。由于需要手動操作來啟用節(jié)電模式，所以控制器34可以不對發(fā)動機(jī)12進(jìn)行控制，直至操作員已完成手動操作。當(dāng)在步驟318的判定為“是”時，亦即，當(dāng)節(jié)電模式開啟時，控制器34可返回步驟302以避免對發(fā)動機(jī)12的關(guān)閉程序進(jìn)行控制。當(dāng)在步驟318的判定為“否”時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0062]控制器還可檢查動力系統(tǒng)的跟蹤速度Vt并判定Vt是否大于臨界速度(V2)(步驟320)?？刂破?4可僅在機(jī)器的速度低于V2(例如，小于約1MPH)時選擇性地關(guān)閉發(fā)動機(jī)12。當(dāng)Vt大于臨界速度時，控制器34可以不關(guān)閉發(fā)動機(jī)12以確保可獲得充足的動力并將其提供給與動力系統(tǒng)10的控制相關(guān)聯(lián)的各動力消耗裝置20a-d(例如，控制器34、制動系統(tǒng)、油門選擇器44、反向器、空氣系統(tǒng)等)。當(dāng)在步驟320的判定為“是”時，亦即，當(dāng)Vt大于哪寸，動力系統(tǒng)10可移動且控制器34可以不關(guān)閉發(fā)動機(jī)12。當(dāng)在步驟320的判定為“否”時，控制器34可轉(zhuǎn)入方法300的下一個步驟。
[0063]當(dāng)控制器34已通過方法300的怠速減排檢查的各步驟時，控制器34可關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并啟用輔助動力源22(步驟322)。當(dāng)輔助動力源22被啟用且發(fā)動機(jī)12關(guān)閉時，來自發(fā)動機(jī)12的排氣排放物減少，同時動力系統(tǒng)1處于低于￥2的跟蹤速度。這樣，動力系統(tǒng)1關(guān)于Vt的平均燃料效率提高并且怠速排放物減少。在輔助動力源22是由發(fā)動機(jī)提供動力的APU的實施例中，APU的排放可顯著低于發(fā)動機(jī)12的排放并且也可使用排氣后處理系統(tǒng)處理以符合適用規(guī)則。
[0064]如上所述，所公開的動力系統(tǒng)10可通過維持后處理系統(tǒng)14內(nèi)的后處理裝置30的活化溫度來減少排氣排放物并且是相比于已知的動力系統(tǒng)的改進(jìn)。此外，動力系統(tǒng)10可減少發(fā)動機(jī)12的怠速運轉(zhuǎn)并利用輔助動力源22向消耗裝置20a-d供給動力，由此在向消耗裝置20a-d傳送恒定功率的同時提高動力系統(tǒng)10的燃料效率。特別地，動力系統(tǒng)10可包括控制器34，該控制器34可經(jīng)由交流發(fā)電機(jī)16增加發(fā)動機(jī)12上的負(fù)荷以便使進(jìn)入后處理系統(tǒng)14的排氣的溫度上升至用于處理排氣而不限制傳送到動力消耗裝置20a-d的動力的最低溫度。在確認(rèn)動力系統(tǒng)1的各種構(gòu)件(例如，后處理系統(tǒng)14和動力消耗裝置20a-d)在發(fā)動機(jī)12關(guān)閉時不會破壞或損壞之后，控制器34在怠速運轉(zhuǎn)期間也可關(guān)閉發(fā)動機(jī)12并啟用輔助動力源22以便保存燃料并進(jìn)一步減少排放物。
[0065]對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，能夠?qū)λ_的動力系統(tǒng)作出各種改型和變型。根據(jù)說明書和對所公開的動力系統(tǒng)的實踐，其它實施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見。應(yīng)該認(rèn)為說明書和示例僅為示范性的，真實范圍通過以下權(quán)利要求和它們的等效方案來指示。
【主權(quán)項】
1.一種用于機(jī)器的控制系統(tǒng)，所述機(jī)器具有發(fā)動機(jī)、第一交流發(fā)電機(jī)、第二交流發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括: 傳感器，所述傳感器與所述后處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)并且配置成確定通過所述后處理系統(tǒng)的排氣的溫度;和 控制器，所述控制器與所述傳感器通信并且能與所述第一交流發(fā)電機(jī)和所述第二交流發(fā)電機(jī)連接，所述控制器配置成: 確定所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出； 確定使排氣的溫度上升至所述后處理系統(tǒng)的工作溫度所需的發(fā)動機(jī)的負(fù)荷增量； 當(dāng)所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述負(fù)荷增量時，將所述第一交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到動力消耗裝置以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量;并且 當(dāng)所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出小于所述負(fù)荷增量時，將所述第二交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到所述動力消耗裝置以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器還配置成: 確定所述第二交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出；并且 當(dāng)所述第二交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述負(fù)荷增量時，將所述第二交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到所述動力消耗裝置以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器還配置成: 確定所述機(jī)器的速度;并且 當(dāng)所述機(jī)器的速度高于臨界速度時，將所述第一交流發(fā)電機(jī)和第二交流發(fā)電機(jī)中的至少一者選擇性地連接到所述動力消耗裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中: 所述控制系統(tǒng)還包括能從怠速位置經(jīng)一范圍移動到最大位置以改變所述發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速的油門選擇器;并且 所述控制器配置成僅在所述油門選擇器移動到比所述臨界位置低的位置時將所述第一交流發(fā)電機(jī)和第二交流發(fā)電機(jī)中的所述至少一者選擇性地連接到所述動力消耗裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中: 所述控制系統(tǒng)還包括具有比所述發(fā)動機(jī)小的輸出能力的輔助動力源;并且 所述控制器還配置成: 跟蹤在所述油門選擇器移動到所述怠速位置之后經(jīng)過的時間；并且 當(dāng)所述經(jīng)過時間超過經(jīng)過時間極限時，選擇性地關(guān)閉所述發(fā)動機(jī)并啟用所述輔助動力源。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中，所述控制器還配置成: 確定由一個或多個動力消耗裝置產(chǎn)生的負(fù)荷;并且 僅在由所述一個或多個動力消耗裝置產(chǎn)生的負(fù)荷小于所述輔助動力源的輸出能力時選擇性地關(guān)閉所述發(fā)動機(jī)。7.—種操作機(jī)器的方法，所述機(jī)器具有發(fā)動機(jī)、第一交流發(fā)電機(jī)、第二交流發(fā)電機(jī)和后處理系統(tǒng)，所述方法包括: 引導(dǎo)排氣經(jīng)所述后處理系統(tǒng)離開所述發(fā)動機(jī)； 確定排氣的溫度； 確定所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出； 確定使排氣的溫度上升至所述后處理系統(tǒng)的工作溫度所需的發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量； 當(dāng)所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量時，將所述第一交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到動力消耗裝置以實現(xiàn)所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量;并且 當(dāng)所述第一交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出小于所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量時，將所述第二交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到所述動力消耗裝置以實現(xiàn)所述發(fā)動機(jī)負(fù)荷增量。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 確定所述第二交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出；并且 僅在所述第二交流發(fā)電機(jī)的有效功率輸出大于所述負(fù)荷增量時將所述第二交流發(fā)電機(jī)選擇性地連接到所述動力消耗裝置以實現(xiàn)所述負(fù)荷增量。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 從操作員接收油門選擇； 確定所述機(jī)器的速度;和 當(dāng)所述油門選擇高于臨界選擇并且所述機(jī)器的速度高于臨界速度時，將所述第一交流發(fā)電機(jī)和第二交流發(fā)電機(jī)中的至少一者選擇性地連接到所述動力消耗裝置。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 確定由一個或多個動力消耗裝置產(chǎn)生的負(fù)荷;并且 僅在由所述一個或多個動力消耗裝置產(chǎn)生的負(fù)荷小于所述輔助動力源的輸出能力時選擇性地關(guān)閉所述發(fā)動機(jī)。
【文檔編號】B60W20/00GK105905101SQ201610099271
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】D·M·比亞吉尼, W·C·霍金斯, J·F·克拉爾
【申請人】易安迪機(jī)車公司